コンパクト核融合アドバンストランキンサイクルにおける非平衡MHD発電機の設計研究

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核融合炉から発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換する方法として、従来の汽力発電システムを用いれば、システムが巨大になり設備にかかるコストも高価になる恐れがある。これに代わるシステムとして、コンパクトで安価な非平衡MHD発電機を用いてエネルギー変換を行うシステムを解析した。このシステムをCompact Fusion Advanced Rankine(CFAR)Cycleといい、核融合炉特有の核融合プラズマからのシンクロトロン輻射を導波管によりスーパーヒーター部に導き、MHD発電機に用いる作動流体を3000K程度まで加熱し、熱-電気変換効率を高め、安価な熱-電気変換を実現しようとしている。まず、CFARサイクル用高効率MHD発電機としてセパレイトウォール付きのディスク型発電機を新たに提案し、その概念設計をチャネル内プラズマの定常準1次元解析により行い、さらに予備的ではあるが、非定常準1次元解析により擾乱に対する安定性について調べた。その結果、流体特性及び放電特性が安定し、電子温度の1%程度の擾乱に対して安定な発電機を概念設計することができた。このときのエンタルピー抽出率は53.2%である。システム各構成部分の整合性を検討するため、CFARサイクル研究会を平成元年1月12、13日に行い、13名から発表があった。今後の課題として、炉芯パラメータの高精度化、定常安定領域検討、スタートアップシナリオと必要入射パワー検討、シンクロトロン輻射量、スペクトル評価、シンクロトロン電流駆動効率評価、マイクロ波スーパーヒーターまでの導波管設計、透過セラミックス高周波特性調査、ブランケット設計、トリチウム増殖・回収、中性子・マイクロ波スーパーヒーター設計、透過冷却法検討、高温材料共存性、MHD発電高効率化、静磁場解析、非定常電磁応力解析などが挙げられた。